 |
|
Арифметическое устройство
Арифметическая часть ЦП может варьироваться от простого сумматора до сложного блока, который выполняет многие арифметические и логические функции. Если арифметическое устройство не может выполнить операцию аппаратным способом, то для получения желаемого результата необходимо использовать последовательность команд.
Все современные ЭВМ имеют двоичные сумматоры, принимающие два двоичных входных сигнала и получающие двоичную сумму и признак переноса в старшем значащем разряде суммы. Так как большинство ЭВМ оперирует с дополнительным кодом, то вычитание может быть выполнено путем подачи на один из входов сумматора числа в дополнительном коде. Умножение и деление может быть выполнено с помощью повторяющихся операций сложения и вычитания соответственно. Дополнительные схемы могут сформировать другие признаки результата, такие как, например, нулевое значение.
Широко применяются в микроэлектронной технике однокристальные арифметическо-логические устройства (АЛУ). Эти устройства состоят из двоичного сумматора и вспомогательных логических схем. Типичное АЛУ показано на рис. 2.15. Оно имеет два входа данных, функциональные входы, вход признака переноса для выполнения операций умножения и деления, выходы данных и состояний, которые представляют собой различные признаки, описанные в предыдущем параграфе. Функциональные входы определяют, какую операцию решает АЛУ. Типичные операции:
сложение, вычитание, логическое И, логическое (включающее) ИЛИ, логическое ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, логическое НЕ (дополнение), инкрементирование (увеличение на 1), декрементирование (уменьшение на 1), сдвиг влево (сложение входного сигнала с самим собой), обнуление (результат равен 0).
Функциональные входы также определяют режим работы шины. Например, число, представленное в шине А, может быть увеличено на 1 путем маскирования шины В (число, поступающее в АЛУ по шине В, равно 0), установки в 1 входа признака переноса и сложения. Таким образом,
OUTPUT = А + В + CARRY = А+ 0+1 = А + 1
Другие операции позволяют выполнять сравнение входной или выходной величины с целью решения задач типа А 4- В или А • В. Таким образом, АЛУ может решать любую из разнообразных задач в течение одного цикла под управлением сигналов на функциональных входах.
При помощи специальных дополнительных схем могут также решаться другие арифметические задачи, такие как умножение и деление, нахождение синуса и косинуса, определение логарифмов или экспонент. Эти специальные схемы способны обеспечизать высокое быстродействие, но арифметические блоки, которые могут непосредственно решать специализированные задачи, стоят гораздо дороже, чем стандартные блоки АЛУ.